CPU - Central Processing Unit / Hauptprozessor
CPU steht für Central Processing Unit. Das ist die zentrale Verarbeitungseinheit in einem Computer bzw. der Hauptprozessor, der vereinfacht auch nur Prozessor genannt wird.
Der Hauptprozessor ist die Funktionseinheit in einem Computer, der die eigentliche Verarbeitungsleistung erbringt. Er ist für die Datenverarbeitung und die Steuerung der Verarbeitungsabläufe zuständig. Dazu holt sich der Hauptprozessor nacheinander die Befehle und Daten aus dem Speicher, um die Daten nach Anweisung der Befehle zu verarbeiten.
Der Hauptprozessor oder die CPU ist somit das Herzstück eines jeden elektronischen Geräts, das Computer-ähnliche Aufgaben hat und in dem Daten verarbeitet werden.
Ursprünglich bestanden Prozessoren aus mehreren Schaltkreisen, die man aufgrund der Weiterentwicklung in einen einzigen Schaltkreis integriert hat. Die Bezeichnung Mikroprozessor bezieht sich auf einen Prozessor, dessen einzelne Teile in einem einzigen Schaltkreis untergebraucht sind. Alle Prozessoren sind Mikroprozessoren.
GPU - Graphic Processing Unit (Grafikprozessor)
Neben dem Hauptprozessor gibt es weitere Prozessoren, die den Hauptprozessor bei bestimmten Berechnungen entlasten.
Der Grafikprozessor (GPU) ist für grafische Berechnungen zuständig. Dabei unterstützt er den Hauptprozessor (CPU), der die Daten für die grafische Verarbeitung liefert. Der Grafikprozessor kümmert sich beispielsweise um 3D-Effekte und das Belegen von Flächen mit Texturen oder Mustern.
Der Grafikprozessor ist entweder in die CPU integriert, onboard auf dem Motherboard oder auf einer separaten Grafikkarte, mit der ein Computer erweitert werden kann.
Prozessor-Technik
Die Entwicklung in der Prozessor-Technik verlief lange Zeit nach einem scheinbar einfachen Gesetz. Man optimierte den internen Aufbau, verkleinerte die Strukturen, senkte die Betriebsspannung, erhöhte die Taktfrequenz oder verbesserte den Herstellungsprozess. Schon war die nächste Prozessor-Generation geboren. Doch dieser Entwicklung sind enge physikalische Grenzen gesetzt.
Es geht um die Fragestellung, wie man einen Prozessor noch leistungsfähiger machen kann.
Um die Leistungsfähigkeit von Prozessoren zu steigern, werden einige Funktionsblöcke mehrfach integriert. Diese arbeiten parallel und erhöhen so die Rechengeschwindigkeit des Prozessors.
Aufgrund der Vielzahl an Funktionen versuchen die CPU-Hersteller ihre Prozessoren modular zu gestalten. So können die einzelnen Schaltungsteile besser weiterentwickelt werden. Es hilft auch beim Stromsparen, wenn einzelne Prozessorteile abgeschaltet werden können. Zudem lassen sich verschiedene Varianten kombinieren und so neue Prozessortypen bauen.
Neben dem Chipsatz ist der Speichercontroller und die Grafikverarbeitung fester Bestandteil vieler CPUs.
Übersicht: Prozessor-Technik
- Prozessor-Architektur
- Parallelisierung
- 64-Bit-Prozessor
- Multi-Core / Mehrkern-Prozessoren
- Cache (L1 / L2 / L3)
Prozessor-Hersteller
Die bekanntesten Prozessoren stammen von Intel, AMD und ARM. Im Bereich der Entwicklung und Herstellung von Prozessoren haben diese Unternehmen eine führende Rolle. Das betrifft vor allem Server, Desktop-PCs und Notebooks. Im Bereich der Smartphones, Tablets und Haushaltsgeräte spielen Intel und AMD jedoch keine Rolle. Hier gibt es Spezial-Prozessoren anderer Hersteller. Häufig auf Basis von ARM-Prozessoren.
Die Prozessor-Hersteller AMD und Intel sind auch der Allgemeinheit bekannt. CPUs auf ARM-Basis dagegen schon deutlich weniger. Und dann gib es noch viele weitere Hersteller und Entwickler von Prozessoren, die aber nur Fachleuten bekannt sind. Dabei befinden sich viele unbekannte CPUs in Geräten des täglichen Gebrauchs. ARM-CPUs sind in praktisch jedem Smartphone und Tablet. Ein MIPS-Chip steckt etwa in jeder Fritzbox (Internet-Router), ein AVR-Kern im Arduino (Mikrocontroller-Board) und ein Xtensa im ESP32 (Mikrocontroller).
- PowerPC
- MIPS
- SPARC
- ARC
- AVR
- XTensa
- OpenRISC
- Open-SPARC
- OpenPOWER
- RISC-V
Mikrocontroller
Ein Mikrocontroller ist ein Prozessor, der über zusätzliche analoge und digitale Ein- und Ausgänge verfügt und für Steuerungsaufgaben vorgesehen ist. Er kann als vollständiger Computer angesehen werden, der dem Embedded-Bereich zugeordnet wird.
Weiterentwicklung
Die Weiterentwicklung geht weg von klassischen Allzweck-Prozessoren hin zu KI-Rechenwerken. Das kann soweit gehen, dass die gesamte Computer-Architektur für KI-Algorithmen umgebaut wird.
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- Geschichte der Halbleitertechnik
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